“지구의 나이는 어떻게 측정했을까?”라는 질문은 단순한 호기심 같지만 인류가 자연과 우주를 이해해 온 여정을 담고 있다. 눈으로 직접 볼 수 없는 시간을 숫자로 환산하는 과정은 과학적 상상력과 정밀한 실험의 산물이다.
1. 신화와 종교 속 지구의 나이 추정
지구의 나이를 과학적으로 측정하기 이전, 인류는 자신들이 가진 신화와 종교적 세계관에 따라 세상의 연대를 추정했다. 서양에서는 중세까지 성경을 기준으로 지구의 나이를 계산하는 시도가 많았다. 대표적인 인물이 17세기 영국의 제임스 어셔 대주교인데, 그는 성경에 기록된 족보와 사건들을 일일이 더해 지구가 기원전 4004년에 창조되었다고 주장했다. 즉, 그의 계산에 따르면 지구의 나이는 약 6천 년에 불과했다. 당시에는 이 계산이 널리 받아들여졌고 과학적 연구를 뒷받침하는 권위처럼 여겨지기도 했다.
동양에서도 비슷하게 신화와 전승을 통해 세상의 나이를 설명하려 했다. 예를 들어 중국의 ‘반고 신화’에서는 거인이 하늘과 땅을 갈라 세상을 창조했다고 하며 그 과정이 1만 8천 년이나 걸렸다고 전해진다. 한국에서도 단군 신화처럼 특정한 역사적 시점을 중심으로 세계를 설명하려는 전통이 있었다. 그러나 이런 방식은 과학적 증거와는 거리가 멀었고 어디까지나 문화적·종교적 해석에 불과했다.
18~19세기에 이르러 지질학이 발전하면서 종교적 해석만으로는 지구의 역사를 설명하기 어렵다는 인식이 퍼지기 시작했다. 산맥의 융기, 화산의 활동, 강의 침식, 화석의 존재는 수천 년이 아닌 수백만 년의 시간을 필요로 하는 과정이었기 때문이다. 특히 찰스 라이엘)의 ‘균일설’은 현재 일어나는 지질학적 과정이 과거에도 동일하게 작용했음을 주장하며 지구가 아주 오랜 시간 동안 변화해왔음을 강조했다. 이 시기부터 지구의 나이를 과학적 방법으로 측정하려는 시도가 본격적으로 이루어졌다.
2. 지질학적 단서로 본 지구의 나이
과학자들이 지구의 나이를 추정하는 첫 번째 시도는 지질학적 관찰이었다. 암석과 지층은 마치 지구가 남긴 일기장처럼 시간의 흔적을 기록하고 있었다. 가장 단순한 방법은 퇴적암의 형성 속도를 바탕으로 계산하는 것이었다. 퇴적물이 쌓이는 두께를 측정하고 현재의 속도를 기준으로 지층이 형성되는데 걸린 시간을 추정한 것이다. 예를 들어 매년 1밀리미터씩 퇴적물이 쌓인다고 가정하면 1킬로미터 두께의 지층은 약 백만 년이 걸려야 형성된다. 하지만 이 방법에는 문제가 있었다. 퇴적 속도는 지역과 환경에 따라 크게 달라지고 지층은 침식되거나 변형되기도 하기 때문에 정확한 계산이 어려웠다.
또 다른 방법은 바다의 염분을 이용하는 것이었다. 강물이 지각에서 용해된 염류를 바다로 운반하기 때문에 시간이 지날수록 바닷물의 염분이 증가한다고 가정했다. 당시 과학자들은 현재 바닷물의 염분 농도와 강에서 유입되는 염분의 양을 계산해 바다가 지금의 농도에 도달하는 데 걸린 시간을 추정했다. 이런 방식으로 얻어진 값은 수천만 년에서 수억 년에 이르렀다. 하지만 이 방법도 부정확했다. 왜냐하면 염분은 단순히 축적되는 것이 아니라 다양한 화학적·지질학적 과정으로 제거되기도 하기 때문이다.
지층에 포함된 화석도 중요한 단서가 되었다. 지층마다 나타나는 화석의 종류가 다르고 특정 화석은 특정 시대에만 나타나는 특징이 있어 이를 ‘시준화석’이라 부른다. 이를 통해 상대적인 연대를 알 수 있었지만 절대적인 시간(몇 년, 몇 억 년)을 알 수는 없었다. 지질학적 방법들은 지구가 수천 년보다는 훨씬 오래되었음을 보여주었지만 구체적인 나이를 제시하기에는 한계가 있었다. 결국 지구의 나이를 정확히 알기 위해서는 새로운 과학적 접근이 필요했다.
3. 방사성 동위원소와 현대적 측정법
지구 나이를 본격적으로 규명하게 된 전환점은 20세기 초, 방사성 동위원소의 발견과 함께 찾아왔다. 1896년 앙리 베크렐이 방사능을 발견하고 마리와 피에르 퀴리가 연구를 이어가면서 방사성 원소가 시간이 지나면서 일정한 속도로 붕괴한다는 사실이 알려졌다. 이 원리를 활용하면 암석 속 방사성 원소가 얼마나 오랫동안 붕괴해왔는지를 계산할 수 있었고 이를 통해 지구의 절대 연대를 측정할 수 있었다.
가장 널리 쓰이는 방법 중 하나는 우라늄-납 연대측정법이다. 우라늄-238은 시간이 지나면서 납-206으로 붕괴하는데 그 반감기는 약 45억 년이다. 즉, 암석에 포함된 우라늄과 납의 비율을 측정하면 그 암석이 형성된 시점을 알 수 있다. 이 방법을 다양한 암석에 적용한 결과 지구의 나이는 약 45억 4천만 년으로 추정되었다.
또한 다른 동위원소를 활용한 방법도 개발되었다. 칼륨-아르곤 연대측정법은 화산암에 주로 적용되며 루비듐-스트론튬 연대측정법은 오래된 광물에 사용된다. 이러한 다양한 방법들이 서로 일치하는 결과를 보여줌으로써 지구의 나이는 점점 더 확실하게 확립되었다.
흥미로운 점은 지구 자체의 암석만으로는 한계가 있다는 것이다. 지구 표면의 암석은 판 구조 운동, 화산 활동, 풍화 작용 등으로 끊임없이 재활용되기 때문이다. 그래서 과학자들은 지구의 형성과 같은 시기에 태양계에서 함께 만들어진 운석을 연구했다. 운석은 형성 이후 큰 변화를 겪지 않았기 때문에 초기 태양계의 시계를 그대로 간직하고 있다. 이 운석들의 연대 측정 결과도 약 45억 6천만 년으로 나타나 지구의 나이가 45억 년 이상이라는 사실을 뒷받침했다.
오늘날 지구의 나이는 단순한 과학적 수치 그 이상이다. 그것은 인류가 우주와 시간 속에서 자신의 위치를 이해하게 된 결과이며 방대한 과학적 탐구와 실험의 산물이기도 하다. “지구의 나이는 어떻게 측정했을까?”라는 질문은 곧 우리가 시간이라는 개념을 과학으로 어떻게 정복해왔는가를 보여주는 상징적인 사례라 할 수 있다.